Question

3．某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200mL，平均分成两份．向其中一份中逐渐加入铜粉，最多能溶解9.6g．向另一份中逐渐加入铁粉，产生气体的量随铁粉质量增加的变化如图所示 （已知硝酸只被还原为NO气体）．
（1）原溶液中NO₃^-的物质的量为0.2mol．
（2）加铁粉过程中，生成的气体在标准状况下的体积为4.48L
（3）H₂SO₄浓度2.5mol•L^-1．

Answer 1

分析 由图象可知，OA段发生反应为：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，AB段发生反应为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，BC段发生反应为：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑．
（1）OA段发生反应为：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，硝酸全部起氧化剂作用，根据铁的物质的量计算每一份溶液中NO₃^-的物质的量，原溶液中NO₃^-的物质的量为每一份中的2倍；
（2）OA段生成NO，BC段生成氢气，结合方程式计算；
（3）最终消耗14gFe，溶液中溶质为FeSO₄，根据Fe元素守恒可以计算n（FeSO₄），再根据硫酸根守恒计算每一份溶液中n（H₂SO₄），进而计算硫酸的物质的量浓度．

解答 解：由图象可知，OA段发生反应为：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，AB段发生反应为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，BC段发生反应为：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑．
（1）OA段发生反应为：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，硝酸全部起氧化剂作用，原溶液中NO₃^-的物质的量为每一份中的2倍，所以原溶液中n（NO₃^-）=2n（Fe）=2×$\frac{5.6g}{56g/mol}$=0.2mol，故答案为：0.2mol；
（2）OA段发生反应为：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，由方程式可知，生成的n（NO）=n（Fe）=$\frac{5.6g}{56g/mol}$=0.1mol，BC段发生反应为：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，由方程式可知生成的n（H₂）=n（Fe）=0.1mol，故整个过程中生成气体为（0.1mol+0.1mol）×22.4L/mol=4.48L，故答案为：4.48L；
（3）最终消耗14gFe，其物质的量为$\frac{14g}{56g/mol}$=0.25mol，溶液中溶质为FeSO₄，根据Fe元素守恒可n（FeSO₄）=n（Fe）=0.25mol，再根据硫酸根守恒，每一份溶液中n（H₂SO₄）=n（FeSO₄）=0.25mol，故原硫酸的物质的量浓度为$\frac{0.25mol}{0.1L}$=2.5mol/L，故答案为：2.5．

点评 本题以化学反应图象为载体，考查有关金属和酸反应的计算，难度较大，关键根据图象分析各段发生的反应，注意与铁的反应中硝酸全部起氧化剂作用．